POHYB SPLAVENIN 8 Přenáška
Obsah: 1. Úvo 2. Vlastnosti splavenin 2.1. Hustota splavenin a relativní hustota 2.2. Zrnitost 2.3. Efektivní zrno 3. Tangenciální napětí a třecí rychlost 4. Počátek eroze 5. Vztahy pro průtok splavenin 5.1. Průtok nových splavenin 5.2. Celkový průtok splavenin
1. Úvo Výslekem působení soustřeěného otoku povrchové voy na povrch území se v úolnici zpravila vytváří koryto voního toku. Velmi ůležitým faktorem přitom je geologická sklaba povrchu i položních vrstev aného povoí. Účinkem prouící voy v závislosti na: množství prouící voy rychlosti prouění, geologické sklabě území kvalitě jeho povrchu ochází k působení přirozených korytotvorných procesů.
1.Úvo Záklaními přirozenými korytotvornými procesy jsou: eroze materiálů povrchu terénu i položí, na i svahů koryta. Může být hloubková, ky ochází při vytváření koryta příčného profilu V nebo úzkého U a k transportu materiálu o nižších partií toku, boční - laterární s vytvářením koryta příčného profilu širokého U a meanrů retrogenní - zpětná s postupem proti toku transport vyeroovaných materiálů - obecně nazývaných splaveniny - o nižších partií toků v závislosti na unášecí síle toku při různých průtocích seimentace - ukláání transportovaných splavenin v korytě, v přípaě vybřežení a rozlití toku pak i v jeho záplavovém ( inunačním ) území.
POHYB SPLAVENIN řeka Morávka, Vyšní Lhoty, 2011
POHYB SPLAVENIN řeka Morávka, Vyšní Lhoty, 2011
POHYB SPLAVENIN řeka Morávka, Vyšní Lhoty, 2011
1.Úvo Prouění voy v korytě může vyvolat erozi břehů či na koryt voních toků. Poku zeminy nebo horniny nemohou oolávat účinkům prouění, začínají se jenotlivé částice pohybovat ve směru prouění. Rozlišujeme: splaveniny - zrna eroovaných materiálů která se pohybují po ně toku. plaveniny - částice vznášené ve voním prouu. Hranici oělující splaveniny o plavenin na záklaě rozměru zrna nelze přesně stanovit, protože ji určuje charakter pohybu zrn voou, tey výslený silový účinek. Přibližně se pro řeky v ČR uává hranice v rozpětí 0,5 mm až 4 mm. Pozn.: Hranice mezi splaveninami a plaveninami obvykle rozlišujeme pole velikosti tzv. střeního, efektivního zrna - s. Za splaveniny pak považujeme materiál s s > 0,1 mm, za plaveniny materiál s s < 5 mm. Se změnou průtoku, příčného profilu koryta i tvaru částic a zrn se mohou splaveniny stát plaveninami a naopak plaveniny splaveninami.
2. Vlastnosti splavenin 2.1.Hustota (měrná hmotnost) splavenin a relativní hustota Měrná hmotnost určuje poměr hmotnosti pevných částí splavenin k jejich objemu. Vou pevně vázanou, která zůstane v zemině po vysušení při teplotě 105 o C, považujeme za součást splavenin. Hustota splavenin je cca r s = 2650 kg/m 3. Relativní hustota s je efinovaná vztahem: s s ke je hustota voy. Relativní hustota s nabývá honoty cca s = 2,65.
2. Vlastnosti splavenin 2.2. Zrnitost Zrnitost, nebo-li granulometrické složení uává poíl určitých velikostních skupin zrn na celkovém složení splavenin. Granulometrické složení splavenin graficky znázorňujeme křivkou zrnitosti, která vyjařuje závislost průměru zrn splavenin na procentuálním poílu vysušené zeminy. (Plynulá křivka vyjařuje zastoupení zrn různé velikosti, zatímco strmá ukazuje na převláající četnost určité velikosti zrn.) Rozhoujícím kvalitativním znakem nesouržných zemin je číslo nestejnozrnnosti Cu: a číslo křivosti C c : C u 10 60 10 ( C c ) 2 30 60 ke x je velikost zrn při x % propau. Pole velikosti honoty C u označujeme splaveniny jako: - stejnozrnné: C u < 5; - střeně nestejnozrnné: C u = 5-15; - nestejnozrnné: C u > 5.
2. Vlastnosti splavenin 2.3. Efektivní zrno Z křivky zrnitosti lze určit tzv. efektivní zrno e pole vztahu: e i p p i i ke : i je aritmetický průměr mezních velikostí jené frakce p i procentuální obsah uvažované frakce z celkové hmotnosti aného vzorku. Někteří autoři používají pro výpočet efektivního zrna vztah: e a a b max ke : max je maximální průměr zrna, a velikost plochy po levé straně čáry zrnitosti b velikost plochy po pravé straně čáry zrnitosti.
3. Tangenciální napětí a třecí rychlost Eroze a transport částic nastane v okamžiku, ky tečné napětí vyvolané prouem voy překročí oolnost materiálu. Uvažujeme-li se rovnoměrné prouění, rovnováhu sil zapíšeme ve tvaru: z x g ( h z) x sin Síly působící na element jenotkové šířky ke : o je tangenciální napětí v hloubce (h - z) po hlainou. Pro malé úhly platí sin tan i 0 ke i 0 je poélný sklon na koryta z g ( h z) i 0 Tangenciální napětí na ně z g h 0 i 0
3. Tangenciální napětí a třecí rychlost V přípaě obecného příčného profilu, tangenciální napětí působí na omočený obvo b O x g A x sin ke : O je omočený obvo, A průtočná plocha. Definováním hyraulického poloměru R A O Tangenciální napětí na no b g R i 0 Tangenciální napětí na ně často vyjařujeme pomocí třecí rychlosti, která je efinována b * osazením za b obržíme v* g R i0 v
4. Počátek eroze Počátek eroze neopevněného povrchu tělesa hráze nastane při překročení: kritického tečného napětí k ; nevymílací rychlosti; Pro stanovení kritického tečného napětí lze použít rovnic násleujících autorů. Schoklitsch k 0,201 g 2 C 3 1/ 2 10 s T e ke e je efektivní průměr zrna, je hustota voy, s je hustota materiálu splavenin C T je tvarový součinitel pohybující se v intervalu o C T = 1 pro kulová zrna o C T = 4,4 pro plochá zrna Krey 0, 7143 k e Kramer k 1 6 M ( ) s e ke M je moul homogenity M 50% 0% 100% 50% i i p i p i ke i je průměr zrna příslušný procentuálnímu propau p i.
4. Počátek eroze Shiels vyjářil kritické tečné napětí k pomocí tzv. Shielsova parametru, který je funkcí v* tzv. Reynolsova čísla splavenin Re e k g ( ) s (Re ) ( e v* ) v * je třecí rychlost Průběh kritického Shielsova parametru v závislosti na Reynolsově čísle splavenin Re
5. Vztahy pro průtok splavenin Průtok splavenin je vyjářen v *m 2 /s+, tey v jenotkách objemu transportovaných seimentů za jenotku času a vztažených na jenotku šířky. Průtok splavenin je án jako: průtok nových splavenin b ; celkový průtok splavenin t, který sestává z průtoku nových splavenin ( b ) a průtoku plavenin ( s ), tey t = b + s.
5.1. Průtok nových splavenin 5. Vztahy pro průtok splavenin vztahy pro výpočet specifického (měrného) průtoku nových splavenin b v [m 2 /s]: Meyer-Peter a Müller uváí vztah pro průtok nových splavenin ve tvaru: b s 3 0,5 8( g e ) [ 0,047] ke - je nový parametr ( = 0 pro rovné no, = 1 pro vrásy a uny). Platnost vztahu je pro 0,03 0,2, seiment 0,4 29 mm, sklony 0,0004 i o 0,02 a hloubku voy 0,01 1,2 m. 1,5 Smart a Jaeggi vychází z výzkumů prováěných na žlabu se sklonem i 0 = 0,03 až 0,2 při rychlostech voy 0,8 až 2,0 m/s b 4 f 0,5 g ( s ) 3 e 0,5 90 30 0,2 i 0,6 0 0,5 ( cr ) ke - f je rsnostní součinitel efinovaný cr je opravený kritický Shielsův parametr efinovaný f 0,54 ln(12 h / k) 2 cr 0cr i 0 cos 1 tan ke i 0 je sklon na, úhel sklonu na, je úhel vnitřního tření splavenin, 0cr je kritický Shielsův parametr pole obrázku, k = 3 90 pro < 1 a k = 3 90 pro 1.
5.1. Průtok nových splavenin 5. Vztahy pro průtok splavenin Bathurst, Graf a Cao oporučují pro průměr zrna 50 o 12 mm o 44 mm a sklony o = 5 o násleující vztahy: b 2,5 s i ( 1,5 0 cr ), ke je specifický průtok voy v *m 2 /s] cr je kritický průtok voy vypočtený z rovnice cr 0,5 1,12 1,5 0,21 g i0 16 Rickenmann porovnal své experimenty s výsleky Smarta a Jaeggiho. Násleující rovnice platí pro průměry zrna 0,4 mm až 29 mm, sklony na i 0 = 0,03 až 0,2 při rychlostech prouu voy 0,8 až 2,0 m/s. 1,5 b 2,5 i0 ( cr ), ke cr je kritický průtok voy vypočtený z rovnice s cr ( s ) 0,065 1,67 g 0,5 1,5 50 i 1,12 0
5.2. Celkový průtok splavenin 5. Vztahy pro průtok splavenin vztahy pro výpočet celkového specifického průtoku splavenin t v [m2/s] Engelun a Hansen srovnali svůj vztah s výsleky experimentů prováěných pro průměry zrn 0,19 mm až 0,93 mm, sklony na i 0 < 0,005, při rychlostech prouu voy o 2,8 m/s a 0,07 < < 6 t 1 ( s ) 0,5 3 0,05 f g 50 2,5 Bagnol počítá celkový průtok splavenin jako součet nových splavenin a plavenin: t b s b 0,13 tan i f ( 3 v ) 0 s g ( < ) s 0,01 w / v i s f ( 3 v ) 0 s g ( i o < w s / )
5.2. Celkový průtok splavenin 5. Vztahy pro průtok splavenin Bagnol a Visser počítají celkový průtok splavenin jako součet nových splavenin a plavenin. Rovnice byla ovozena pro písek s průměry zrn 50 = 0,10 mm a 50 = 0,22 mm, sklony na i 0 = 0,36 až 0,62, při rychlostech prouu voy o 1,2 m/s o 3,5 m/s a 11 < < 106: t b s b 0,13 f (tan i ) cos ( 0 s 3 v ) g ( < ) s w s 0,01 / v 0,01 i f ( 3 v ) 0 s g ( 0,001 i o < w s / ) ke f je rsnostní součinitel, v je průměrná rychlost prouění voy, w s je seimentační rychlost splavenin. f 0,54 ln(12 h / k) 2
Děkuji za pozornost